Die Ringe des Saturn klingeln wie eine Glocke

Dieses Cassini-Bild zeigt die nördliche Hemisphäre des Saturn, die sich ihrer Sommersonnenwende nähert.

Dieses Cassini-Bild zeigt die nördliche Hemisphäre des Saturn, die sich ihrer Sommersonnenwende nähert. (Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute)





Die Ringe des Saturn läuten wie eine Glocke, was es Forschern ermöglicht, tief im Herzen des Planeten zu erforschen.

Gravitationskräfte drängen seismische Wellen aus dem Inneren des Saturn in sein Ringsystem , wo die Cassini-Mission der NASA die winzigen Erschütterungen erkennen konnte. Laut einer neuen Studie ist ein Großteil des Inneren des Planeten mehrschichtig als bisher angenommen.

Planeten verbergen ihre inneren Prozesse hinter schwer zu durchdringenden Schichten. Während die Schichten von Gesteinskörpern wie der Erde und dem Mond durch das Studium seismischer Wellen, die durch Beben erzeugt werden, untersucht werden können, haben Gasriesen keine feste Oberfläche, um solche Wellen zu messen. Stattdessen müssen die Forscher andere Methoden anwenden, beispielsweise das Magnetfeld eines Planeten untersuchen.



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Ein dynamisches Zusammenspiel zwischen Saturn

Ein dynamisches Zusammenspiel zwischen Saturns größtem Mond Titan und seinen Ringen wird in dieser Ansicht der NASA-Raumsonde Cassini erfasst, die am 20. September 2009 aufgenommen und am 23. Dezember 2013 veröffentlicht wurde. An jedem Ort innerhalb der Saturnringe kreisen Teilchen mit einer bestimmten Periode , oder Rhythmus. Dieses Bild konzentriert sich auf zwei separate und nahegelegene Orte in den Ringen, an denen diese Rhythmen synchron mit verschiedenen Aspekten der 16-Tage-Umlaufbahn von Titan sind, wodurch Signatureffekte erzeugt werden, die aus der Ferne zurück auf Titan zeigen.(Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute)



Nicht lange nachdem die Cassini-Mission der NASA im Jahr 2004 den Saturn erreicht hatte, stellten die Forscher fest, dass die Ringe des Planeten seltsam oszillierten. Anstelle einzelner Wellen, die von der bestehenden Theorie vorhergesagt werden, zeigte die Raumsonde Ansammlungen kleiner Wellen, die durch das Vorhandensein von Gravitationswellen im tiefsten Teil des Planeteninneren erklärt werden könnten.

'Das Besondere an [Gravitationswellen] ist, dass ihre bloße Existenz erfordert, dass zumindest ein Teil dieses tiefen Inneren relativ ruhig und stabil und nicht konvektiv ist', sagte Christopher Mankovich, ein Forscher am California Institute of Technology, gegenüber guesswhozoo.com in einer E-Mail.

Bevor diese neue Forschung auftauchte, deutete das grundlegende Verständnis der Riesenplaneten unseres Sonnensystems darauf hin, dass ihr heißes flüssiges Inneres Wärme nach außen drückte, ähnlich wie eine Lavalampe. Aber das Vorhandensein schwerer Bestandteile wie Gestein und Wassereis unter dem leichteren Wasserstoff und Helium kann die Bewegung der Flüssigkeit hemmen und Schwerewellen erzeugen. Im Fall von Saturn können diese Wellen dazu führen, dass der Planet wie eine Glocke läutet.



'Der Nachweis interner Schwerewellen in Saturn durch Ringseismologie ist heute einer der wenigen Beweise dafür, dass ein erheblicher Teil des Inneren des Saturn stabil geschichtet und nicht konvektiv ist', sagte Mankovich.

Klingelt wie eine Glocke

Auf Gesteinsplaneten wie der Erde können sich Störungen unter der Planetenoberfläche als Welle bewegen, die sich durch das Innere des Planeten und durch seine Oberfläche ausbreitet. Infolgedessen sind starke Erschütterungen Hunderte von Meilen vom Epizentrum von a . zu spüren starkes Erdbeben . Schließlich können Interferenzen von anderen Wanderwellen ein stehendes Wellenmuster erzeugen, das den gesamten Planeten umspannt.

'Das bedeutet, dass der ganze Planet wie eine Glocke läutet', sagte Mankovich.

Wie bei einer Glocke werden die Eigenschaften dieser Welle von der Größe, Form und Zusammensetzung des Planeten bestimmt. Sie geben Einblicke in großräumige Strukturen unter der Oberfläche, auch solche, die sonst nicht zugänglich sind.

Der gleiche Prozess findet auf Saturn statt, wo ein wunderschönes Ringsystem aus winzigen Gesteins- und Eisstücken den Planeten umgibt. Die meiste Zeit ist ihre Umlaufbahn ruhig und geordnet, mit gelegentlichen Kollisionen. Wissenschaftler wissen seit Jahrzehnten, dass die Ringteilchen durch die Anziehungskraft der 82 Monde des Planeten beeinflusst werden können in den frühen 1990er Jahren vorgeschlagen , erst als eine Raumsonde Zeit damit verbrachte, den Planeten zu umkreisen, konnte die Idee ins Spiel gebracht werden.

Cassini enthüllte, dass die Ringe des Saturn auch den Erschütterungen des oszillierenden Gravitationsfeldes des Planeten ausgesetzt waren. Die Raumsonde charakterisierte mehr als 20 Wellen im Ringsystem des Saturn, die vom Herzen des Planeten verursacht wurden. Die Wechselwirkungen treten nur an speziellen Stellen in den Ringen auf, aber die Ergebnisse können laut Mankovich „dramatisch“ sein. Der Effekt ist gering, da die Wellen von Gipfel zu Gipfel nur etwa einen Kilometer lang sind, während die Ringe fast 300.000 km umfassen.

'Diese Wellen sind wirklich nur in sehr feinem Maßstab sichtbar', sagte Mankovich. 'Cassini hat es möglich gemacht, diese Wellen bis ins kleinste Detail zu studieren, indem er die Reise zum Saturn unternahm, um das System aus nächster Nähe zu studieren.'

Verstehen, was los ist tief im Herzen des Saturn ist ein sehr fortlaufender Prozess. Laut Mankovich begünstigt die Ringseismologie eine dicke stabile Region, die etwa ein Viertel des Planetenradius ausmacht. Das steht etwas im Widerspruch zum Verständnis des Magnetfelds des Planeten, das eine schmale, stabile Region von nur 5 bis 10 % des Planeteninneren begünstigt.

Mankovich sagt, es sei zu früh, um zu sagen, was die Ergebnisse über das Innere des Planeten implizieren, aber eine Möglichkeit besteht darin, dass sich der Prozess, der das Magnetfeld des Planeten erzeugt, noch stärker von seinem Gasgiganten Jupiter unterscheidet als zuvor angenommen.

'Die nächsten Jahre werden faszinierend, wenn die vollständigen Auswirkungen der Cassini-Daten mit mehreren Instrumenten ausgearbeitet werden', sagte Mankovich. Doch weit davon entfernt, bestürzt über den Zusammenstoß zu sein, wirkte Mankovich aufgeregt.

„Es ist ein Beweis für die Leistungsfähigkeit einer Raumsondenmission wie Cassini, dass wir so unterschiedliche Daten haben, dass verschiedene Teile davon unterschiedliche Dinge zu sagen scheinen – sie spiegeln eine Lücke in unserem Verständnis wider und bieten eine Gelegenheit zur Entdeckung. Wissenschaftliche Synergie vom Feinsten“, fügte er hinzu.

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